WO2016166007A1 - Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils - Google Patents

Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils Download PDF

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WO2016166007A1
WO2016166007A1 PCT/EP2016/057589 EP2016057589W WO2016166007A1 WO 2016166007 A1 WO2016166007 A1 WO 2016166007A1 EP 2016057589 W EP2016057589 W EP 2016057589W WO 2016166007 A1 WO2016166007 A1 WO 2016166007A1
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WO
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filter element
radiation
filter
light source
optoelectronic component
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PCT/EP2016/057589
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Jörg FRISCHEISEN
Burkhard Hilling
Jutta THOMA
Christian Koch
Original Assignee
Osram Gmbh
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements

Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • One problem to be solved is a method
  • the optoelectronic component one or more light sources.
  • the at least one light source is for generating a
  • the light source is operated electrically.
  • the light source is preferably a light-emitting diode, in short LED, a laser diode or also an organic light-emitting diode, in short OLED.
  • colored light preferably blue light or green light or yellow light or red light, is emitted by the light source.
  • the conversion element becomes part of the primary radiation into a longer wavelength
  • the at least one filter element is adapted to permanently or temporarily prevent a long-wave component of the secondary radiation from leaving the component.
  • Long-wave component means in particular one
  • Filter element then acts in the relevant visible
  • Spectral range from about 400 nm to 750 nm, not as
  • Fluorescent According to at least one embodiment is by the
  • Filter element increases a CIE z coordinate of the mixed radiation. In other words, it narrows down through the
  • Filter element is a sum of a CIE-x coordinate and a CIE-y coordinate of the color location of the mixed radiation.
  • CIE-x coordinate a CIE-x coordinate
  • CIE-y coordinate a CIE-y coordinate of the color location of the mixed radiation.
  • this includes
  • Optoelectronic component at least one light source for
  • a conversion element is a part of the primary radiation in a longer wavelength
  • a filter element prevents a long-wave portion of the secondary radiation from leaving the component.
  • the filter element reduces a sum of a CIE x coordinate and a CIE y coordinate of a color locus of the mixed radiation.
  • a color locus of an optoelectronic component with a high accuracy lies within a certain range of the CIE standard color chart. Especially with white light emitting LEDs is due to
  • Correction of the color locus is effected, for example, by adding additional phosphor to the light source
  • the light source is a light-emitting diode, in short LED.
  • the light-emitting diode comprises a semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material as Al n Iri ] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m -S 1.
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the light source is a light-emitting diode which emits blue light.
  • the LED is based on the material system AlInGaN.
  • the primary radiation preferably has an absolute
  • Intensity maximum at an intensity maximum wavelength Imax which is at least 420 nm or 430 nm or 440 nm. Alternatively or additionally lies the
  • Intensity maximum wavelength Imax at most 480 nm or 470 nm or 460 nm. According to at least one embodiment, the
  • Secondary radiation to an absolute maximum intensity Isek which is at least 570 nm or 580 nm or 590 nm.
  • the intensity maximum Isek of the secondary radiation is at most 625 nm or 615 nm or 607 nm. It is possible that an intensity of the
  • the minimum intensity Imin is at least 15 nm or 20 nm above the intensity maximum wavelength Imax of the primary radiation.
  • the intensity maximum Imin is in particular a relative one
  • Primary radiation through the filter element does not change or does not change significantly.
  • a filter element For example, a
  • Attenuation of the intensity of the primary radiation through the filter element to at most 20% or 10% or 5%.
  • Intensity maximum wavelength Imax of the primary radiation is shifted by the filter element by at most 5 nm or 3 nm or 1.5 nm.
  • Intensity maximum Isek of the secondary radiation through the filter element shifted by at least 1 nm or 2.5 nm or 5 nm or 10 nm or 15 nm towards smaller wavelengths. Alternatively or additionally, this shift is at most 40 nm or 25 nm or 20 nm. According to at least one embodiment, the
  • Secondary radiation before passing through the filter element has a spectral half-width, in particular full width at half the height of the maximum or short FWHM, which is at least 100 nm or 120 nm or 140 nm.
  • the filter element is a low-pass filter. This means
  • the filter element exhibits in the spectral range between 400 nm and 550 nm inclusive or between 410 nm and 530 nm inclusive throughout or on average an internal transmission of at least 80% or at least 90%.
  • the filter element has a cut-off wavelength Lcut.
  • Cut-off wavelength Lcut is in particular the wavelength at which a stage in the
  • Transmittance of the filter element reaches half height.
  • Corresponding levels in the transmittance are typical in particular for low-pass filters.
  • Cut-off wavelength Lcut with respect to the maximum intensity wavelength Isek of the secondary radiation Isek - 10 nm ⁇ Lcut -S Isek + 85 nm or
  • the intensity maximum Isek is the
  • the cut-off wavelength Lcut is 650 nm, with a
  • the filter element has exactly one filter stage in the relevant spectral range.
  • a spectral width of the filter stage measured from 10% to 90% of the height of the stage, is preferably at least 10 nm or 20 nm or 50 nm or 75 nm or 90 nm and / or at most 180 nm or 160 nm or 120 nm or 60 nm.
  • Secondary radiation through the filter element by at least 2 nm or 5 nm or 10 nm or 15 nm or 25 nm. Alternatively or additionally, this change is at most 50 nm or 40 nm or 30 nm or 20 nm.
  • This change in the spectral half-width is preferably one Long-wave edge of the spectrum of secondary radiation limited. In particular, no or no significant change in the spectrum of the secondary radiation through the filter element occurs at a short-wave edge of the secondary radiation spectrum. According to at least one embodiment, the
  • Cut-off wavelength of the filter element dependent on temperature In particular, the cut-off wavelength increases
  • the wavelength of the light For example, the wavelength of the light
  • Intensity maximum Isek of the secondary radiation by at least a factor of 1.5 or 2 or 3 less than that
  • Filter element in the intensity maximum Isek by at least a factor of 1.25 or 1.5 or 2.5 or 4 more intense than the
  • the CIE x coordinate of the mixed radiation is reduced by the filter element by at least 0.005 or 0.01 or 0.015 units. Alternatively or additionally, this reduction
  • Filter element does not or not significantly changed the CIE-y coordinate of the mixed radiation. This may mean that the CIE-y coordinate remains the same with a tolerance of at most 0.02 units or 0.01 units in the CIE standard color chart, regardless of the presence of the filter element.
  • the filter element is in terms of spatial
  • Radiation characteristic of the mixed radiation around an optically passive element is then not or not significantly influenced by the filter element.
  • the filter element is then, in the context of
  • the filter means has a thickness and / or optical density varying over the light source.
  • the filter means is thicker over a center of the light source or optically more dense than at an edge of the light source. This makes it possible to achieve a mean path length of radiation through the filter medium along all spatial directions equal to or equal to
  • the filter means is shaped like a convex lens or a biconvex lens, or edges of the light source, as seen in plan view, are free from the light source
  • Filter means has a constant geometric thickness, but varying over the light source of time optical density.
  • Absorption behavior is adjustable. This can be achieved, for example, by the filter medium having a gradient in a concentration of a filter substance.
  • Phosphor mixture includes one or more
  • Phosphors in particular inorganic phosphors.
  • the phosphor or the phosphor mixture is preferably selected from at least one of the following phosphors: Eu 2+ -doped nitrides such as (Ca, Sr) AIS 1 N 3: Eu 2+ ,
  • Quantum dots are introduced as a converter material.
  • Quantum dots in the form of nanocrystalline materials which include a Group II-VI compound and / or a Group III-V compound and / or a Group IV-VI compound and / or metal nanocrystals are preferred herein.
  • Conversion element a variety of phosphor particles.
  • the phosphor particles are for example in a
  • the conversion element a Alternatively, the conversion element a
  • Matrix material preferably to a silicone, a silicone-epoxy hybrid material, a glass or a ceramic.
  • the filter element is a glass filter.
  • the filter element is then, for example, as a glass plate, which on the
  • Filter particles are present from the filter material, the
  • the filter element has a mean geometric thickness of at most 0.5 mm or 0.3 mm or 0.15 mm or 0.1 mm.
  • the filter element is formed thin.
  • a thickness of the filter element may be smaller than a thickness of the light source and / or the conversion element.
  • an average refractive index of the filter element at a wavelength of 550 nm and at a temperature of 300 K is at most 1.7 or 1.62 or 1.55.
  • this refractive index of the filter element is at most 0.2 or 0.15 above or below a mean refractive index of the conversion element.
  • Glass filter is or if filter particles in a
  • Matrix material are embedded approximately from a silicone.
  • Refractive index difference between the matrix material and the filter particles at room temperature is preferably at most 0.1 or 0.05 or 0.02 or 0.01.
  • the filter element is optically arranged downstream of the conversion element. This means along a main direction of radiation within the
  • the filter element follows the
  • Conversion element completely or at least partially after. It is possible that the conversion element is completely and directly covered by the filter element. Particularly preferably, the filter element, the conversion element and the light source are intimately connected to each other, so that these components do not separate from each other in the intended use of the optoelectronic device. Further preferably, the filter element, the conversion element and the light source can be handled together as a single unit, for example, with tweezers or a
  • Filter element only solids.
  • Filter element close to the light source. This may mean that a mean distance between the light source and the filter element is at most 0.2 mm or 0.1 mm or 0.075 mm. Alternatively, the filter element may be further away from the light source, for example at one
  • the filter element does not act as a scatterer. However, it is possible that the
  • Filter element in particular to improve a
  • the filter element has further optically active components.
  • the filter element light scattering particles are about
  • Alumina or titanium dioxide buried Alumina or titanium dioxide buried.
  • the filter element is on the light source and / or the conversion element
  • the filter element may be formed by a layer deposition technique such as printing or spraying.
  • a layer deposition technique such as printing or spraying.
  • the filter element is completely surrounded by another material, such as an adhesive or a glass layer.
  • White light can mean that a color location of the emitted mixed radiation is at a distance from the
  • Color temperature of the white mixed light is preferably at least 2500 K or 2800 K and / or at most 5000 K or 4500 K or 4000 K, for example between
  • the white light may be around
  • the optoelectronic component more than one light source.
  • the component includes several
  • LED chip may have the same emission characteristics or in
  • the filter element may be arranged downstream of all the LED chips or groups of LED chips may be a single one
  • each filter element is uniquely associated with exactly one LED chip.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • a component is produced as indicated in connection with one or more of the above-mentioned embodiments.
  • the method comprises at least the following steps, preferably in the
  • the filter element takes place, for example, by placing a filter plate.
  • the filter element by a deposition method such as
  • Spraying or imprinting are applied. It is possible that the filter element is glued on.
  • a multiplicity of optoelectronic components are produced in the wafer composite.
  • the light sources in particular the blue light emitting light emitting diodes, still on one
  • Wafer for example, on a growth substrate or on an intermediate carrier.
  • a semiconductor layer sequence can already be singulated into the individual light sources.
  • Light sources are pre-sorted in terms of their spectral properties, or by means of a so-called roll-to-roll method.
  • the color location of the mixed radiation is determined by virtue of the fact that the light sources are operated electrically for a short time after the
  • Conversion element was applied.
  • the mixed light generated during operation of the light sources is detected and the color location of the mixed radiation is determined.
  • the conversion element can be excited by photoluminescence, whereby the emitted radiation is also detected.
  • the color location of the mixed radiation can be extrapolated or determined via the detected photoluminescence radiation.
  • a plurality of filter elements are provided that are the same
  • the filter elements are glass filters that are
  • a thickness graduation is for example 0.05 mm or 0.1 mm or 0.15 mm.
  • Filter elements so different filters Material composition, provided in the same or different thicknesses.
  • different filter materials individually or in
  • Figure 1 is a schematic sectional views of
  • Figure 2 is schematic sectional views of
  • Figures 3 to 5 are schematic representations of spectral
  • FIG. 1 shows various exemplary embodiments of the optoelectronic component 1.
  • the light source 3 is a light-emitting diode chip which is applied to a carrier 2.
  • the conversion element 4 is positioned above the LED chip 3 .
  • the filter element 5 is applied directly.
  • a bonding agent such as an adhesive is between the respective components.
  • the filter element 5 has a varying thickness and is convex.
  • the light source 3 the light
  • Filter element 5 has a greater thickness than at an edge.
  • the filter element 5 does not extend to the entire light source 3. On one edge is thus the light source 3 free of the filter element 5, seen in plan view.
  • a more homogeneous emission with regard to the color locus can be achieved.
  • the conversion element 4 and the filter element 5 are cap-like in a layer with a constant thickness around the
  • Light source 3 shaped around.
  • the filter element 5 is applied to the conversion element 4 as glass platelets.
  • the conversion element 4 is designed, for example, as a volume encapsulation around the light source 3 and is located in a recess of the carrier 2. Notwithstanding FIG. IE, it is possible for the recess in the carrier 2 to be designed precisely for the filter element 5 and then for the latter Filter element 5
  • FIG. 1F it is shown that the conversion element 4 surrounds the semiconductor chip 3 in the manner of a cap, whereby the
  • Filter element 4 is formed as a thin, uniformly thick layer.
  • the filter element 5 is designed as Volumenverguss.
  • glass particles are one
  • Filter material in a matrix such as a silicone or a glass.
  • Filter particles to the same or similar refractive indices, so that the filter element 5, as preferably in all other embodiments, is clear and does not appear scattering.
  • Clear potting 7a to the light source 3, the conversion element 4 and the filter element 5 is present. Further, optionally, a second clear potting 7b is applied, the lens-shaped
  • optical elements such as lenses.
  • Filter element between the two clear seals 7a, 7b is located.
  • the filter element 5 is always clear-sighted and thus not designed to be scattering.
  • the filter element 5 additionally comprises light scattering particles or diffusers. Also notwithstanding the illustration, the filter element 5 at one of the light source. 3
  • FIG. 2 schematically shows method steps for
  • a conversion element 4 is applied to the light source 3, which is preferably light emitting diodes emitting blue light.
  • the application of the conversion elements 4 on the light source 3 is preferably carried out in the wafer composite, so that a plurality of the light sources 3 are mounted on the carrier 2. Subsequently, the light sources 3 are operated or it will be the conversion elements 4 for photoluminescence excited, so that a mixed radiation M 'is generated. In this process step, the filter elements 5 are not yet available. On the basis of the measurement of the mixed radiation M 'it is determined which type of filter element 5 is to be applied to the conversion elements 4 in order to obtain the desired color location
  • the various filter elements 5 differ in terms of their thickness and / or their material composition.
  • FIG. 3A shows the emission spectrum M 'of a component 9 without a filter element. Further, depending on the wavelength ⁇ , a transmission T of a filter element 5 'having a thickness as commercially available is shown. In addition, the transmission T of a filter element 5, which has been brought to a suitable thickness, is shown.
  • a cut-off wavelength Lcut of the filter element 5 is approximately 45 nm above the intensity maximum Isek of the mixed radiation M 'without a filter element. This applies
  • the filter element 5 is a low-pass filter with only one filter stage in the relevant spectral range from 400 nm to 750 nm. This intensity maximum Isek goes to a
  • a filter effect of the filter element 5 is essentially limited to a longer wavelength portion B of the
  • the filter effect of the filter element 5 extends to one
  • Filter element 5 is not significantly affected.
  • FIG. 3B the resulting color locus shift through the filter element 5 is shown.
  • a CIE-x coordinate decreases comparatively strongly
  • a CIE-y coordinate remains approximately the same.
  • an increase in a CIE z coordinate of the mixed radiation M is achieved.
  • the filter element 5 of FIG. 3 is a Schott type glass filter, type BG 39.
  • the filter element 5 was hereby of an original thickness of 3 mm, see the curve 5 'in FIG. 3A, to a thickness of 0.3 Thinned mm, compare the curve 5 in Figure 3A.
  • the experimental optical data for another are analogous to FIG. 4
  • a filter element 5 in this case was a filter from Schott, type BG 39, with a thickness of only 0.09 mm, starting from an original filter thickness of 3 mm.
  • the commercially available filters can be used. However, the commercially available filters are to be adapted in terms of their thickness, so that the desired Farbortverschiebung the mixed radiation results. Instead of a filter of the type BG 39 are also other filters.
  • Glass filter for example, from the KG series of Schott.
  • Filter types are, applicable. Instead of glass filters, other organic or inorganic filter materials may be used.
  • FIG. 5 shows a spectrum of the mixed radiation ⁇ ⁇
  • Secondary radiation S ⁇ can be achieved, for example, by the use of a plurality of different spectrally narrow-band emitting phosphors, in particular quantum dots.
  • a secondary radiation S ⁇ with several maxima can be used as a reference Isek, different from Figures 3 and 4, an arithmetic mean of all maxima.
  • the reference Isek may be an average of
  • Spectrum of secondary radiation S ⁇ are and where only Spectral components with an intensity of at least 5 ⁇ 6 of a maximum intensity of the secondary radiation S ⁇ are taken into account.
  • the invention described here is not by the

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Abstract

In einer Ausführungsform beinhaltet das optoelektronische Bauteil (1) eine Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Primärstrahlung (P). Durch ein Konversionselement (4) wird ein Teil der Primärstrahlung (P) in eine langwelligere Sekundärstrahlung (S) umgewandelt, sodass das Bauteil (1) im Betrieb eine Mischstrahlung (M) emittiert, die aus der Primärstrahlung (P) und der Sekundärstrahlung (S) besteht. Ein Filterelement (5)hindert einen langwelligen Anteil (B) der Sekundärstrahlung (S) am Verlassen des Bauteils (1). Durch das Filterelement (5) ist eine Summe aus einer CIE-x-Koordinate und einer CIE-y-Koordinate eines Farborts der Mischstrahlung (M) verkleinert.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils
Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauteils angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
anzugeben, mit dem optoelektronische Bauteile mit einer hohen Ausbeute und mit einer hohen Präzision hinsichtlich eines emittierten Farborts einer Mischstrahlung herstellbar sind. Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Bauteil und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil eine oder mehrere Lichtquellen. Die mindestens eine Lichtquelle ist zur Erzeugung einer
Primärstrahlung eingerichtet. Die Lichtquelle wird elektrisch betrieben. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode, kurz LED, um eine Laserdiode oder auch um eine organische Leuchtdiode, kurz OLED. Beispielsweise wird von der Lichtquelle farbiges Licht, bevorzugt blaues Licht oder grünes Licht oder gelbes Licht oder rotes Licht, emittiert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauteil eines oder mehrere
Konversionselemente auf. Durch das mindestens eine Konversionselement wird im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Teil der Primärstrahlung in eine langwelligere
Sekundärstrahlung umgewandelt. Dadurch, dass nur ein Teil der Primärstrahlung absorbiert und umgewandelt wird, wird von dem optoelektronischen Bauteil im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Mischstrahlung emittiert, die zumindest im sichtbaren
Spektralbereich aus der Primärstrahlung und der
Sekundärstrahlung besteht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
optoelektronische Bauteil eines oder mehrere Filterelemente. Das mindestens eine Filterelement ist dazu eingerichtet, einen langwelligen Anteil der Sekundärstrahlung dauerhaft oder zeitweilig am Verlassen des Bauteils zu hindern.
Langwelliger Anteil bedeutet insbesondere einen
Spektralbereich, der bei größeren Wellenlängen liegt als ein Intensitätsmaximum der Sekundärstrahlung oder der die
langwelligsten zwei Drittel des Spektrums der
Sekundärstrahlung abdeckt, wobei nur Wellenlängen mit einer Intensität von mindestens 5 % des Intensitätsmaximums berücksichtigt werden. Mit anderen Worten liegt der
langwellige Anteil an einer roten Flanke der
Sekundärstrahlung. Es ist möglich, dass sich die
Filterwirkung des Filterelements ausschließlich oder im
Wesentlichen auf den langwelligen Anteil der
Sekundärstrahlung beschränkt. Bevorzugt werden durch das Filterelement der Mischstrahlung des Bauteils keine
zusätzlichen, spektralen Komponenten hinzugefügt. Das
Filterelement wirkt dann in dem relevanten sichtbaren
Spektralbereich, etwa von 400 nm bis 750 nm, nicht als
Leuchtstoff . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch das
Filterelement eine CIE-z-Koordinate der Mischstrahlung erhöht. Mit anderen Worten verkleinert sich durch das
Filterelement eine Summe aus einer CIE-x-Koordinate und einer CIE-y-Koordinate des Farborts der Mischstrahlung. Hier und im Folgenden wird insbesondere auf die CIE-Normfarbtafel von 1931 Bezug genommen.
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet das
optoelektronische Bauteil wenigstens eine Lichtquelle zur
Erzeugung einer Primärstrahlung. Durch ein Konversionselement wird ein Teil der Primärstrahlung in eine langwelligere
Sekundärstrahlung umgewandelt, sodass das Bauteil im Betrieb eine Mischstrahlung emittiert, die aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung besteht. Ein Filterelement hindert einen langwelligen Anteil der Sekundärstrahlung am Verlassen des Bauteils. Durch das Filterelement ist eine Summe aus einer CIE-x-Koordinate und einer CIE-y-Koordinate eines Farborts der Mischstrahlung verkleinert.
Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise im Displaybereich, ist es gewünscht, dass ein Farbort eines optoelektronischen Bauteils mit einer hohen Genauigkeit in einem bestimmten Bereich der CIE-Normfarbtafel liegt. Insbesondere bei weißes Licht emittierenden Leuchtdioden ist bedingt durch
Herstellungstoleranzen der blaues Licht erzeugenden
Halbleiterschichtenfolge und/oder durch
Herstellungstoleranzen des Konversionselements der Farbort der emittierten Mischstrahlung etwa über einen Wafer hinweg nicht genau gleich. Ist diese Farbortvariation zu groß, so kann nur ein bestimmter Anteil der Bauteile bestimmungsgemäß eingesetzt werden. Die verbleibenden Bauteile, die eine zu große Farbortabweichung aufweisen, sind entweder Ausschuss oder sind nur zu einem geringeren Preis verkaufbar.
Eine Korrektur des Farborts erfolgt beispielsweise dadurch, indem zusätzlicher Leuchtstoff auf die Lichtquelle
aufgebracht wird. Hierdurch erfolgt jedoch in aller Regel eine Verschiebung des Farborts der Mischstrahlung weg vom blauen Bereich der CIE-Normfarbtafel . Ein nachträgliches, teilweises Entfernen des Leuchtstoffs, um eine
Farbortverschiebung hin in den blauen Bereich der CIE- Normfarbtafel zu erzielen, ist in der Regel mit
verhältnismäßig großem Aufwand verbunden. Auch ist durch ein solches Abtragen des Leuchtstoffs, beispielsweise durch eine Lasertechnik, das Auftreten von unerwünschten
Verunreinigungen verbunden oder es tritt gehäuft eine
Beschädigung der restlichen Komponenten des Bauteils auf.
Durch das hier beschriebene Filterelement ist eine auch nachträgliche Farbortverschiebung hin in den blauen Bereich der CIE-Normfarbtafel ermöglicht, ohne dass nachträglich Leuchtstoff entfernt werden müsste. Hierdurch ist eine
Ausbeute bei der Herstellung der Bauteile insgesamt
steigerbar . Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode, kurz LED. Die Leuchtdiode umfasst eine Halbleiterschichtenfolge. Die
Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIri]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m -S 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können . Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode, die blaues Licht emittiert. Die Leuchtdiode basiert auf dem Materialsystem AlInGaN. Die Primärstrahlung weist bevorzugt ein absolutes
Intensitätsmaximum bei einer Intensitätsmaximumswellenlänge Imax auf, die bei mindestens 420 nm oder 430 nm oder 440 nm liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt die
Intensitätsmaximumswellenlänge Imax bei höchstens 480 nm oder 470 nm oder 460 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Sekundärstrahlung ein absolutes Intensitätsmaximum Isek auf, das bei mindestens 570 nm oder 580 nm oder 590 nm liegt.
Alternativ oder zusätzlich liegt das Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung bei höchstens 625 nm oder 615 nm oder 607 nm. Es ist möglich, dass eine Intensität der
Sekundärstrahlung, ausgehend von dem Intensitätsmaximum Isek, hin zu größeren Wellenlängen und/oder hin zu kleineren
Wellenlängen monoton abfällt, so dass dann keine
Zwischenmaxima oder Zwischenminima im Spektrum der
Sekundärstrahlung vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Mischstrahlung ein Intensitätsminimum Imin auf, das bei mindestens 445 nm oder 455 nm oder 465 nm oder 470 nm oder 480 nm liegt und/oder bei höchstens 500 nm oder 490 nm oder 480 nm, speziell vor Durchgang durch das Filterelement.
Insbesondere liegt das Intensitätsminimum Imin mindestens 15 nm oder 20 nm oberhalb der Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung. Bei dem Intensitätsmaximum Imin handelt es sich insbesondere um ein relatives
Intensitätsminimum, bevorzugt um das einzige relative
Intensitätsminimum zwischen der
Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung und dem Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung.
Diese und alle anderen Angaben gelten, sofern nicht anders kenntlich gemacht, insbesondere bei einer Temperatur von 300 K, also ungefähr bei Raumtemperatur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Primärstrahlung durch das Filterelement nicht oder nicht signifikant verändert. Beispielsweise erfolgt eine
Abschwächung der Intensität der Primärstrahlung durch das Filterelement zu höchstens 20 % oder 10 % oder 5 %.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die
Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung durch das Filterelement um höchstens 5 nm oder 3 nm oder 1,5 nm verschoben wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung durch das Filterelement um mindestens 1 nm oder 2,5 nm oder 5 nm oder 10 nm oder 15 nm hin zu kleineren Wellenlängen verschoben. Alternativ oder zusätzlich beträgt diese Verschiebung höchstens 40 nm oder 25 nm oder 20 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Sekundärstrahlung vor Durchlaufen des Filterelements eine spektrale Halbwertbreite, insbesondere volle Breite auf halber Höhe des Maximums oder kurz FWHM, auf, die mindestens 100 nm oder 120 nm oder 140 nm beträgt. Alternativ oder zusätzlich liegt die spektrale Halbwertbreite der
Sekundärstrahlung bei höchstens 230 nm oder 200 nm oder
170 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement um einen Tiefpassfilter . Dies bedeutet
insbesondere, dass das Filterelement im Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 550 nm oder zwischen einschließlich 410 nm und 530 nm durchgehend oder im Mittel eine interne Transmission von mindestens 80 % oder mindestens 90 % aufzeigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filterelement eine Abschneidewellenlänge Lcut auf. Bei der
Abschneidewellenlänge Lcut handelt es sich insbesondere um diejenige Wellenlänge, bei der eine Stufe in dem
Transmissionsvermögen des Filterelements eine halbe Höhe erreicht. Entsprechende Stufen im Transmissionsvermögen sind typisch insbesondere für Tiefpassfilter .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für die
Abschneidewellenlänge Lcut in Bezug auf die Wellenlänge maximaler Intensität Isek der Sekundärstrahlung Folgendes: Isek - 10 nm < Lcut -S Isek + 85 nm oder
Isek < Lcut -S Isek + 70 nm oder
Isek + 10 nm < Lcut -S Isek + 65 nm oder
Isek + 20 nm < Lcut -S Isek + 55 nm oder Isek + 30 nm < Lcut -S Isek + 50 nm oder
Isek + 40 nm < Lcut -S Isek + 50 nm.
Beispielsweise liegt das Intensitätsmaximum Isek der
Sekundärstrahlung bei 600 nm, mit einer Toleranz von
höchstens 30 nm oder 20 nm oder 10 nm oder 5 nm und/oder die Abschneidewellenlänge Lcut liegt bei 650 nm, mit einer
Toleranz von höchstens 30 nm oder 20 nm oder 10 nm oder 5 nm, jeweils bei Raumtemperatur, also 296 K.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filterelement im relevanten Spektralbereich genau eine Filterstufe auf. Eine spektrale Breite der Filterstufe, gemessen von 10 % bis 90 % der Höhe der Stufe, liegt bevorzugt bei mindestens 10 nm oder 20 nm oder 50 nm oder 75 nm oder 90 nm und/oder bei höchstens 180 nm oder 160 nm oder 120 nm oder 60 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ändert, insbesondere reduziert, sich die spektrale Halbwertbreite der
Sekundärstrahlung durch das Filterelement um mindestens 2 nm oder 5 nm oder 10 nm oder 15 nm oder 25 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Änderung bei höchstens 50 nm oder 40 nm oder 30 nm oder 20 nm. Diese Änderung der spektralen Halbwertbreite ist bevorzugt auf eine langwellige Flanke des Spektrums der Sekundärstrahlung beschränkt. Insbesondere erfolgt keine oder keine signifikante Änderung des Spektrums der Sekundärstrahlung durch das Filterelement an einer kurzwelligen Flanke des Spektrums der Sekundärstrahlung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Abschneidewellenlänge des Filterelements temperaturabhängig. Insbesondere nimmt die Abschneidewellenlänge bei
Temperaturerhöhung zu. Beispielsweise erhöht sich die Abschneidewellenlänge um mindestens 0,05 nm/K oder 0,07 nm/K und/oder um höchstens 0,25 nm/K oder 0,2 nm/K oder 0,15 nm/K. Es ist möglich, dass sich das Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung weniger stark in Abhängigkeit von der
Temperatur ändert als die Abschneidewellenlänge Lcut.
Beispielsweise ändert sich die Wellenlänge des
Intensitätsmaximums Isek der Sekundärstrahlung um mindestens einen Faktor 1,5 oder 2 oder 3 weniger stark als die
Abschneidewellenlänge Lcut.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Sekundärstrahlung vor und/oder nach Durchlaufen des
Filterelements im Intensitätsmaximum Isek um mindestens einen Faktor 1,25 oder 1,5 oder 2,5 oder 4 intensiver als die
Primärstrahlung bei der Intensitätsmaximumswellenlänge Imax. Dieser Faktor beträgt alternativ oder zusätzlich höchstens 5 oder 2,5 oder 2 oder 1,75.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die CIE-x- Koordinate der Mischstrahlung durch das Filterelement um mindestens 0,005 oder 0,01 oder 0,015 Einheiten verringert. Alternativ oder zusätzlich beträgt diese Verringerung
höchstens 0,07 Einheiten oder 0,05 Einheiten oder 0,03
Einheiten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird durch das
Filterelement die CIE-y-Koordinate der Mischstrahlung nicht oder nicht signifikant verändert. Dies kann bedeuten, dass die CIE-y-Koordinate mit einer Toleranz von höchstens 0,02 Einheiten oder 0,01 Einheiten in der CIE-Normfarbtafel gleich bleibt, unabhängig vom Vorhandensein des Filterelements. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement hinsichtlich der räumlichen
Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung um ein optisch passives Element. Mit anderen Worten wird dann die räumliche Abstrahlcharakteristik durch das Filterelement nicht oder nicht signifikant beeinflusst. Insbesondere handelt es sich bei dem Filterelement dann, im Rahmen der
Herstellungstoleranzen, um eine planparallele, ebene Platte, die klarsichtig und nicht lichtstreuend ist. Es erfolgt dann durch das Filterelement beispielsweise ein geringfügiger
Parallelversatz von Strahlung, jedoch keine Aufweitung oder Einengung der räumlichen Abstrahlcharakteristik. Das heißt, dass dann die einzige optische Funktion des Filterelements die Filterung der Primärstrahlung und/oder der
Sekundärstrahlung ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filtermittel eine über die Lichtquelle hinweg variierende Dicke und/oder optische Dichte auf. Bevorzugt ist das Filtermittel über einer Mitte der Lichtquelle dicker oder optisch dichter als an einem Rand der Lichtquelle. Hierdurch ist erzielbar, dass eine mittlere Weglänge von Strahlung durch das Filtermittel hindurch entlang aller Raumrichtungen gleich oder
näherungsweise gleich ist. Somit ist ein winkelabhängiger Farbeindruck der von dem optoelektronischen Bauteil
emittierten Mischstrahlung homogener gestaltbar.
Beispielsweise ist das Filtermittel ähnlich einer Konvexlinse oder einer Bikonvexlinse geformt oder es sind Ränder der Lichtquelle, in Draufsicht gesehen, frei von dem
Filtermittel. Alternativ ist es möglich, dass das
Filtermittel eine konstante geometrische Dicke aufweist, aber eine über die Lichtquelle hinweg variierende optische Dichte. Somit ist es möglich, dass wegen der konstanten Dicke durch das Filtermittel die räumliche Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung nicht beeinflusst wird, aufgrund der
variierenden optischen Dichte aber winkelabhängig das
Absorptionsverhalten einstellbar ist. Dies ist etwa dadurch erreichbar, dass das Filtermittel einen Gradienten in einer Konzentration eines Filterstoffs aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement einen Leuchtstoff oder eine
Leuchtstoffmischung auf. Der Leuchtstoff oder die
Leuchtstoffmischung beinhaltet einen oder mehrere
Leuchtstoffe, insbesondere anorganische Leuchtstoffe. Der Leuchtstoff oder die Leuchtstoffmischung ist bevorzugt ausgewählt aus zumindest einem der folgenden Leuchtstoffe: Eu2+-dotierte Nitride wie (Ca, Sr) AIS1N3 : Eu2+,
Sr (Ca, Sr) Si2Al2N6 : Eu2+, (Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20 : Eu2+,
(Ca, Ba, Sr) 2Si5 8 :Eu2 + , ( Sr, Ca) [L1AI3N4 ] : Eu2 + ; Granate aus dem allgemeinen System (Gd, Lu, Tb, Y) 3 (AI , Ga, D) 5 (0, X) ]_2 : RE mit X = Halogenid, N oder zweiwertiges Element, D = drei- oder vier- wertiges Element und RE = Seltenerdmetalle wie LU3 (Al]__ xGax) 5θι2 :Ce3 + , Y3 (Al]__xGax) 5θ^2 : Ce3 + ; Eu2 +-dotierte Sulfide wie (Ca, Sr, Ba) S :Eu2+; Eu2+-dotierte SiONe wie
(Ba, Sr, Ca) Si202N2 :Eu2+; SiAlONe etwa aus dem System
LixMyLnzSi]_2_ (m+n) AI (m+n) OnN]_ g_n; beta-SiAlONe aus dem System Sig_xAlzOyNg_y :REZ; Nitrido-Orthosilikate wie
AE2-x-aRExEuaSi04_xNx, AE2_x_aRExEuaSi1_y04_x_2yNx mit RE = Seltenerdmetall und AE = Erdalkalimetall; Orthosilikate wie (Ba, Sr, Ca,Mg) 2Si04 :Eu2+; Chlorosilikate wie
Ca8Mg (S1O4) 4C12 :Eu2+; Chlorophosphate wie
(Sr,Ba,Ca,Mg) 10 (PO4) gCl2:Eu2+; BAM-Leuchtstoffe aus dem BaO- MgO-Al203-System wie BaMgAl]_QO]_7 :Eu2 + ; Halophosphate wie M5 (P04) 3 (Cl, F) : (Eu2 + , Sb3 + , Mn2 + ) ; SCAP-LeuchtStoffe wie ( Sr, Ba, Ca) 5 ( PO4 ) 3CI : E z+ . Als Leuchtstoffe sind auch die in der Druckschrift EP 2 549 330 AI angegebenen Leuchtstoffe einsetzbar. Hinsichtlich der verwendeten Leuchtstoffe wird der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift durch Rückbezug mit aufgenommen. Außerdem können auch sogenannte
Quantenpunkte als Konvertermaterial eingebracht werden.
Quantenpunkte in der Form nanokristalliner Materialien, welche eine Gruppe II-VI-Verbindung und/oder eine Gruppe III- V-Verbindung und/oder eine Gruppe IV-VI-Verbindung und/oder Metall-Nanokristalle beinhalten, sind hierbei bevorzugt.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der
Leuchtstoffmischung um eine Mischung aus (Lu, Ce) 3 (AI, Ga) 5O12 und (Ca, Sr, Ba, Eu) 2Si5 g . Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Konversionselement eine Vielzahl von LeuchtstoffPartikeln . Die Leuchtstoffpartikel sind beispielsweise in ein
Matrixmaterial eingebettet oder auch dicht gepackt.
Alternativ kann das Konversionselement eine
Leuchtstoffkeramik mit einem Keramikplättchen sein. Ist ein Matrixmaterial vorhanden, so handelt es sich bei dem
Matrixmaterial bevorzugt um ein Silikon, ein Silikon-Epoxid- Hybridmaterial , um ein Glas oder um eine Keramik. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement um einen Glasfilter. Das Filterelement liegt dann zum Beispiel als Glasplatte vor, die auf das
Konversionselement aufgebracht ist. Alternativ können
Filterpartikel aus dem Filtermaterial vorliegen, die
ebenfalls in ein Matrixmaterial eingebettet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filterelement eine mittlere geometrische Dicke von höchstens 0,5 mm oder 0,3 mm oder 0,15 mm oder 0,1 mm auf. Mit anderen Worten ist das Filterelement dünn geformt. Eine Dicke des Filterelements kann kleiner sein als eine Dicke der Lichtquelle und/oder des Konversionselements .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein mittlerer Brechungsindex des Filterelements bei einer Wellenlänge von 550 nm und bei einer Temperatur von 300 K höchstens 1,7 oder 1,62 oder 1,55. Beispielsweise liegt dieser Brechungsindex des Filterelements um höchstens 0,2 oder 0,15 über oder unter einem mittleren Brechungsindex des Konversionselements.
Solche vergleichsweise niedrigen Brechungsindices sind erzielbar, wenn es sich bei dem Filterelement um einen
Glasfilter handelt oder wenn Filterpartikel in ein
Matrixmaterial etwa aus einem Silikon eingebettet sind. Ein
Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und den Filterpartikeln liegt bei Raumtemperatur bevorzugt bei höchstens 0,1 oder 0,05 oder 0,02 oder 0,01. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Filterelement dem Konversionselement optisch nachgeordnet. Dies bedeutet, entlang einer Hauptabstrahlrichtung innerhalb des
optoelektronischen Bauteils folgt das Filterelement dem
Konversionselement vollständig oder mindestens teilweise nach. Es ist möglich, dass das Konversionselement vollständig und unmittelbar von dem Filterelement bedeckt ist. Besonders bevorzugt sind das Filterelement, das Konversionselement sowie die Lichtquelle innig miteinander verbunden, so dass sich diese Komponenten im bestimmungsgemäßen Gebrauch des optoelektronischen Bauteils nicht voneinander lösen. Ferner bevorzugt sind das Filterelement, das Konversionselement und die Lichtquelle zusammen als eine einzige Einheit handhabbar, beispielsweise mit einer Pinzette oder einer
Bestückungsmaschine, englisch Pick and Place-Machine .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der Lichtquelle und dem Filterelement kein Zwischenraum und kein Spalt. Das bedeutet, zwischen dem Filterelement und der Lichtquelle befindet sich dann kein Bereich, der evakuiert, gasgefüllt oder mit einer Flüssigkeit ausgefüllt ist. Somit befinden sich dann zwischen der Lichtquelle und dem
Filterelement lediglich Feststoffe. Alternativ ist ein Spalt zwischen dem Filterelement und der Lichtquelle, insbesondere zwischen dem Filterelement und dem Konversionselement, vorhanden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das
Filterelement nahe an der Lichtquelle. Dies kann bedeuten, dass ein mittlerer Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Filterelement höchstens 0,2 mm oder 0,1 mm oder 0,075 mm beträgt. Alternativ kann sich das Filterelement weiter von der Lichtquelle entfernt befinden, zum Beispiel an einer
Seite eines Volumenvergusses, die der Lichtquelle abgewandt ist. Ein mittlerer Abstand liegt dann bevorzugt bei höchstens 2 mm oder 1 mm und/oder bei mindestens 0,15 mm oder 0,3 mm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt das Filterelement nicht streuend. Hierbei ist es aber möglich, dass das
Filterelement insbesondere zu einer Verbesserung einer
Lichtauskoppeleffizienz oder zu einer Einstellung einer richtungsabhängigen Emission an einer Oberfläche eine
Aufrauung, etwa durch Sandbestrahlung oder durch Ätzen oder durch Schleifen, aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filterelement weitere optisch aktive Komponenten auf. Beispielsweise sind dem Filterelement lichtstreuende Partikel etwa aus
Aluminiumoxid oder Titandioxid beigesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Filterelement auf die Lichtquelle und/oder das Konversionselement
aufgeklebt. Alternativ kann das Filterelement durch eine Schichtabscheidetechnik wie Drucken oder Aufsprühen erzeugt sein. Zu einem Schutz des Filterelements ist es möglich, dass das Filterelement vollständig von einem weiteren Material, etwa einem Kleber oder einer Glasschicht, umgeben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das
optoelektronische Bauteil im bestimmungsgemäßen Gebrauch weißes Licht. Weißes Licht kann bedeuten, dass ein Farbort der emittierten Mischstrahlung einen Abstand zur
Schwarzkörperkurve in der CIE-Normfarbtafel von höchstens 0,05 oder 0,03 Einheiten aufweist. Eine korrelierte
Farbtemperatur des weißen Mischlichts liegt bevorzugt bei mindestens 2500 K oder 2800 K und/oder bei höchstens 5000 K oder 4500 K oder 4000 K, beispielsweise zwischen
einschließlich 2500 K und 4000 K, insbesondere um 3000 K. Mit anderen Worten kann es sich bei dem weißen Licht um
warmweißes Licht handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das hier
beschriebene optoelektronische Bauteil in Displays für
Mobiltelefone, Bildaufnahmegeräte oder tragbare Computer oder auch in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauteil mehr als eine Lichtquelle auf. Insbesondere beinhaltet das Bauteil mehrere
Leuchtdiodenchips. Diese Leuchtdiodenchips können die gleiche Emissionscharakteristik aufweisen oder auch in
unterschiedlichen Farben emittieren. Das Filterelement kann allen Leuchtdiodenchips gemeinsam nachgeordnet sein oder es können Gruppen von Leuchtdiodenchips einem einzigen
Filterelement zugeordnet sein oder auch jedem Filterelement ist eineindeutig genau ein Leuchtdiodenchip zugeordnet. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Insbesondere wird ein Bauteil hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben.
Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Bauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte, bevorzugt in der
angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen der Lichtquelle,
B) Aufbringen des Konversionselements auf die Lichtquelle,
C) Ermitteln des Farborts der Mischstrahlung, und
D) Aufbringen des Filterelements auf die Konversionsschicht. Das Aufbringen des Filterelements erfolgt beispielsweise durch ein Auflegen eines Filterplättchens . Alternativ kann das Filterelement durch ein Abscheideverfahren wie ein
Aufsprühen oder ein Aufdrucken aufgebracht werden. Es ist möglich, dass das Filterelement aufgeklebt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen im Waferverbund hergestellt. Hierbei befinden sich die Lichtquellen, insbesondere die blaues Licht emittierenden Leuchtdioden, noch auf einem
Wafer, beispielsweise auf einem Wachstumssubstrat oder auf einem Zwischenträger. Eine Halbleiterschichtenfolge kann bereits in die einzelnen Lichtquellen vereinzelt sein. Ferner sind bevorzugt Passivierungsschichten sowie elektrische
Kontaktschichten vorhanden. Alternativ erfolgt die
Herstellung mittels eines Kunstwafers, der von einem
Wachstumssubstrat verschieden ist und auf dem die
Lichtquellen hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften bereits vorsortiert sind, oder mittels eines sogenannten Rolle-zu-Rolle-Verfahren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Farbort der Mischstrahlung dadurch ermittelt, dass die Lichtquellen kurzzeitig elektrisch betrieben werden, nachdem das
Konversionselement aufgebracht wurde. Das beim Betrieb der Lichtquellen erzeugte Mischlicht wird detektiert und der Farbort der Mischstrahlung wird bestimmt. Alternativ kann das Konversionselement über Fotolumineszenz angeregt werden, wobei ebenfalls die emittierte Strahlung detektiert wird.
Über die detektierte Fotolumineszenzstrahlung ist der Farbort der Mischstrahlung extrapolierbar oder bestimmbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Filterelementen bereitgestellt, die eine gleiche
Materialzusammensetzung aufweisen, die aber unterschiedliche geometrische Dicken und damit ein unterschiedliches
Strahlungsrückhaltevermögen aufzeigen. Beispielsweise handelt es sich bei den Filterelementen um Glasfilter, die
unterschiedliche Dicken aufweisen. Eine Dickenstaffelung beträgt beispielsweise 0,05 mm oder 0,1 mm oder 0,15 mm.
Alternativ oder zusätzlich können mehrere verschiedene
Filterelemente, also Filter unterschiedlicher Materialzusammensetzung, bereitgestellt werden, in gleichen oder in voneinander verschiedenen Dicken. Dabei können unterschiedliche Filtermaterialien einzeln oder in
Kombination oder auch in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird aus der Vielzahl der bereitgestellten Filterelemente ein passendes
Filterelement ermittelt und anschließend auf das
entsprechende Konversionselement aufgebracht, sodass das Bauteil insgesamt Strahlung mit dem gewünschten Farbort emittiert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein
Konversionselement derart aufgebracht, sodass der Farbort im Schritt C) und nach dem Schritt B) absichtlich weiter im roten und/oder grünen Bereich der CIE-Normfarbtafel liegt als der gewünschte Farbort. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch beim Vorliegen von Herstellungstoleranzen jeweils erst durch das Aufbringen eines Filterelements eine
Farbortverschiebung hin in den blauen Bereich der CIE- Normfarbtafel und damit ein Erreichen des gewünschten
Farborts der Mischstrahlung sichergestellt ist. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen: Figur 1 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen,
Figur 2 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines hier beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen, und
Figuren 3 bis 5 schematische Darstellungen von spektralen
Eigenschaften von hier beschriebenen
optoelektronischen Bauteilen. In Figur 1 sind verschiedene Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Bauteils 1 gezeigt. Gemäß Figur 1A ist die Lichtquelle 3 ein Leuchtdiodenchip, der auf einen Träger 2 aufgebracht ist. Unmittelbar über dem Leuchtdiodenchip 3 befindet sich das Konversionselement 4, auf dem direkt das Filterelement 5 aufgebracht ist. Direkt aufgebracht schließt nicht aus, dass sich ein Verbindungsmittel wie ein Klebstoff zwischen den jeweiligen Komponenten befindet. Optional sind die Lichtquelle 3, das Filterelement 5 sowie das
Konversionselement 4 lateral von einem Reflektorverguss 6 umgeben.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 1B gezeigt, weist das Filterelement 5 eine variierende Dicke auf und ist konvex geformt. Über einer Mitte der Lichtquelle 3 weist das
Filterelement 5 eine größere Dicke auf als an einem Rand.
In Figur IC ist zu sehen, dass sich das Filterelement 5 nicht auf die gesamte Lichtquelle 3 erstreckt. An einem Rand ist somit die Lichtquelle 3 frei von dem Filterelement 5, in Draufsicht gesehen. Hierdurch ist, in Abhängigkeit von einem Emissionswinkel, eine homogenere Abstrahlung hinsichtlich des Farborts erzielbar.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 1D gezeigt, sind das Konversionselement 4 sowie das Filterelement 5 kappenartig in einer Schicht mit einer konstanten Dicke rings um die
Lichtquelle 3 herum geformt.
Gemäß Figur IE ist das Filterelement 5 als Glasplättchen auf das Konversionselement 4 aufgebracht. Das Konversionselement 4 ist beispielsweise als Volumenverguss um die Lichtquelle 3 herum gestaltet und befindet sich in einer Ausnehmung des Trägers 2. Abweichend von Figur IE ist es möglich, dass die Ausnehmung in dem Träger 2 passgenau für das Filterelement 5 gestaltet ist und dass sich dann das Filterelement 5
innerhalb der Ausnehmung befindet. In Figur 1F ist dargestellt, dass das Konversionselement 4 den Halbleiterchip 3 kappenartig umgibt, wodurch das
Filterelement 4 als dünne, gleichmäßig dicke Schicht geformt ist. Das Filterelement 5 ist als Volumenverguss ausgebildet. Beispielsweise befinden sich Glaspartikel eines
Filtermaterials in einer Matrix etwa aus einem Silikon oder einem Glas. Dabei weist das Matrixmaterial und die
Filterpartikel den gleichen oder ähnliche Brechungsindices auf, so dass das Filterelement 5, wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, klarsichtig ist und nicht streuend wirkt.
Im Ausführungsbeispiel der Figur IG sind das
Konversionselement 4 und das Filterelement 5 zu einem einzigen Element zusammengefasst . Beispielsweise sind
Leuchtstoffpartikel und gleichzeitig Filterpartikel in einem Matrixmaterial untergebracht. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1H sind ein erster
Klarverguss 7a um die Lichtquelle 3, das Konversionselement 4 und das Filterelement 5 vorhanden. Ferner ist optional ein zweiter Klarverguss 7b aufgebracht, der linsenförmig
gestaltet sein kann. Entsprechende Klarvergüsse 7a und/oder 7b können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen
vorhanden sein, ebenso wie optische Elemente wie Linsen.
Abweichend von Figur 1H ist es möglich, dass sich das
Filterelement zwischen den beiden Klarvergüssen 7a, 7b befindet .
Bevorzugt ist das Filterelement 5 jeweils klarsichtig und damit nicht streuend gestaltet. Alternativ ist es möglich, dass das Filterelement 5 zusätzlich Lichtstreupartikel oder Diffusoren aufweist. Ebenfalls abweichend von der Darstellung kann das Filterelement 5 an einer der Lichtquelle 3
abgewandten Seite mit einer Strukturierung, etwa zu einer Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz, versehen sein.
In Figur 2 sind schematisch Verfahrensschritte zur
Herstellung von Ausführungsbeispielen von optoelektronischen Bauteilen 1 gezeigt. Gemäß Figur 2A wird auf der Lichtquelle 3, bei denen es sich bevorzugt um blaues Licht emittierende Leuchtdioden handelt, jeweils ein Konversionselement 4 aufgebracht. Das Aufbringen der Konversionselemente 4 auf der Lichtquelle 3 erfolgt bevorzugt im Waferverbund, sodass mehrere der Lichtquellen 3 auf dem Träger 2 angebracht sind. Anschließend werden die Lichtquellen 3 betrieben oder es werden die Konversionselemente 4 zur Fotolumineszenz angeregt, sodass eine Mischstrahlung M' erzeugt wird. In diesem Verfahrensschritt sind die Filterelemente 5 noch nicht vorhanden . Anhand der Messung der Mischstrahlung M' wird bestimmt, welche Art von Filterelement 5 auf die Konversionselemente 4 aufzubringen ist, um den gewünschten Farbort der
Mischstrahlung M zu erzielen. Insbesondere unterscheiden sich die verschiedenen Filterelemente 5 hinsichtlich ihrer Dicke und/oder ihrer Materialzusammensetzung.
In den Figuren 3, als Simulation, und 4, als Experiment, sind jeweils spektrale Eigenschaften der Bauteile 1 gezeigt. In Figur 3A ist das Emissionsspektrum M' eines Bauteils 9 ohne Filterelement dargestellt. Ferner ist in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ eine Transmission T eines Filterelements 5' mit einer Dicke, wie kommerziell erhältlich, gezeigt. Außerdem ist dargestellt die Transmission T eines Filterelements 5, das auf eine geeignete Dicke gebracht wurde.
Eine Abschneidewellenlänge Lcut des Filterelements 5 liegt dabei ungefähr 45 nm oberhalb des Intensitätsmaximums Isek der Mischstrahlung M' ohne Filterelement. Dies gilt
insbesondere, wie bevorzugt auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen, mit einer Toleranz von höchstens 30 nm oder 15 nm oder 7,5 nm. Bei dem Filterelement 5 handelt es sich um einen Tiefpassfilter mit nur einer Filterstufe im relevanten Spektralbereich von 400 nm bis 750 nm. Dieses Intensitätsmaximum Isek geht dabei auf eine
Sekundärstrahlung S zurück, die aus einer Primärstrahlung P von der Lichtquelle 3 erzeugt wurde. Das Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung P liegt im blauen Spektralbereich. Zwischen den beiden Maxima Imax, Isek befindet sich ein
Intensitätsminimum Imin. Die durch das Filterelement 5 hervorgerufene Änderung des Spektrums ist ebenso in Figur 3A dargestellt, siehe die Kurve M für das Mischlicht des
Bauteils 1 mit dem Filterelement 5.
Eine Filterwirkung des Filterelements 5 beschränkt sich dabei im Wesentlichen auf einen langwelligeren Anteil B der
Sekundärstrahlung S, wobei der langwellige Anteil B
insbesondere bei der Wellenlänge des Intensitätsmaximums Isek beginnt. Zu einem geringen Umfang und ohne wesentlichen
Einfluss auf die optischen Eigenschaften erstreckt sich die Filterwirkung des Filterelements 5 auch auf einen
kurzwelligen Bereich der Sekundärstrahlung S. Die
Primärstrahlung P ist von der Filterwirkung des
Filterelements 5 nicht signifikant unbeeinflusst .
In Figur 3B ist die resultierende Farbortverschiebung durch das Filterelement 5 gezeigt. Dabei nimmt eine CIE-x- Koordinate vergleichsweise stark ab, eine CIE-y-Koordinate bleibt näherungsweise gleich. Hierdurch wird eine Erhöhung einer CIE-z-Koordinate der Mischstrahlung M erzielt.
Bei dem Filterelement 5 der Figur 3 handelt es sich um einen Glasfilter der Firma Schott, Typ BG 39. Das Filterelement 5 wurde hierbei von einer originalen Dicke von 3 mm, siehe die Kurve 5' in Figur 3A, auf eine Dicke von 0,3 mm gedünnt, vergleiche die Kurve 5 in Figur 3A. In Figur 4 sind in analoger Darstellung zur Figur 3 die experimentellen optischen Daten zu einem weiteren
Ausführungsbeispiel des Bauteils 1 gezeigt. Als Filterelement 5 wurde hierbei ein Filter der Firma Schott, Typ BG 39, mit einer Dicke von nur 0,09 mm verwendet, ausgehend von einer originalen Filterdicke von 3 mm.
Als Filterelemente 5 sind modifizierte, kommerziell
erhältliche Filter einsetzbar. Die kommerziell erhältlichen Filter sind jedoch hinsichtlich ihrer Dicke anzupassen, sodass die gewünschte Farbortverschiebung der Mischstrahlung resultiert . Anstelle eines Filters des Typs BG 39 sind auch andere
Glasfilter, beispielsweise aus der KG-Serie der Firma Schott, einsetzbar. Ebenso sind Mischungen aus mehreren verschiedenen Filtern, etwa als Übereinanderstapelung verschiedener
Filtertypen, einsetzbar. Anstelle von Glasfiltern können auch andere organische oder anorganische Filtermaterialien
verwendet werden.
In Figur 5 ist ein Spektrum der Mischstrahlung Μλ vor
Durchgang durch einen Filter gezeigt, welches auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen kann. Anders als die Spektren der Figuren 3 und 4 weist die Sekundärstrahlung S λ der Figur 5 vor Durchgang durch das nicht gezeichnete
Filterelement mehrere Maxima auf. Eine solche
Sekundärstrahlung S λ ist beispielsweise durch die Verwendung mehrerer verschiedener, spektral schmalbandig emittierender Leuchtstoffe, insbesondere Quantenpunkten, erzielbar. Bei einer solchen Sekundärstrahlung S λ mit mehreren Maxima kann als Bezugsgröße Isek, abweichend von den Figuren 3 und 4, ein arithmetischer Mittelwert aller Maxima herangezogen werden. Alternativ kann als Bezugsgröße Isek ein Mittelwert der
Sekundärstrahlung S λ herangezogen werden, wobei links und rechts von dem Mittelwert dann gleich große Flächen des
Spektrums der Sekundärstrahlung S λ liegen und wobei nur Spektralanteile mit einer Intensität von mindestens 5 ~6 einer maximalen Intensität der Sekundärstrahlung S λ berücksichtigt werden . Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 105 896.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Bauteil
2 Träger
3 Lichtquelle / LED
4 Konversionselement
5 Filterelement
6 Reflektorverguss
7 Klarverguss
9 Bauteil ohne Filterelement
B langwelliger Anteil der Sekundärstrahlung
I Intensität in willkürlichen Einheiten (a.u.)
Imax Intensitätsmaximuswellenlänge der Primärstrahlung Imin Intensitätsminimumswellenlänge der Mischstrahlung
Isek Intensitätsmaximumswellenlänge der Sekundärstrahlung λ Wellenlänge in nm
Lcut Abschneidewellenlänge des Filterelements
M Mischstrahlung
P Primärstrahlung
S Sekundärstrahlung
T Transmission des Filterelements

Claims

Patentansprüche
Optoelektronisches Bauteil (1) mit
- mindestens einer Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Primärstrahlung (P) ,
- einem Konversionselement (4), durch das ein Teil der Primärstrahlung (S) in eine langwelligere
Sekundärstrahlung (S) umgewandelt wird, sodass das Bauteil (1) im Betrieb eine Mischstrahlung (M)
emittiert, die aus der Primärstrahlung (P) und der Sekundärstrahlung (S) besteht, und
- einem Filterelement (5) , das einen langwelligen
Anteil (B) der Sekundärstrahlung (P) am Verlassen des Bauteils (1) hindert,
wobei durch das Filterelement (5) eine Summe aus einer CIE-x-Koordinate und einer CIE-y-Koordinate eines Farborts der Mischstrahlung (M) verkleinert ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- das Filterelement (5) dem Konversionselement (4) optisch nachgeordnet ist,
- die Lichtquelle (3) eine blaues Licht emittierende AlInGaN-Leuchtdiode ist und die Primärstrahlung (P) eine Intensitätsmaximuswellenlänge (Imax) zwischen einschließlich 420 nm und 470 nm aufweist,
- die Lage der Intensitätsmaximuswellenlänge (Imax) durch das Filterelement (5) um höchstens 3 nm verändert ist,
- die Sekundärstrahlung (S) vor Durchlaufen des
Filterelements (5) ein Intensitätsmaximum (Isek) aufweist, das zwischen einschließlich 590 nm und 615 nm liegt, - durch das Filterelement (5) das Intensitätsmaximum (Isek) um mindestens 5 nm und um höchstens 25 nm hin zu kleineren Wellenlängen verschoben ist,
- die Sekundärstrahlung (S) vor Durchlaufen des
Filterelements (5) eine spektrale Halbwertbreite zwischen einschließlich 120 nm und 200 nm aufweist, und
- die Mischstrahlung (M) ein Intensitätsminimum (Imin) zwischen einschließlich 455 nm und 490 nm aufweist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Filterelement (5) ein Tiefpassfilter ist, wobei im Spektralbereich zwischen einschließlich 410 nm und 530 nm eine Transmission des Filterelements (5) bei mindestens 80 % liegt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 2 und 3, bei dem das Filterelement (5) eine
Abschneidewellenlänge Lcut aufweist, die auf halber Höhe einer Filterstufe des Tiefpassfilters liegt, wobei hinsichtlich des Intensitätsmaximums Isek der
Sekundärstrahlung (S) gilt:
Isek < Lcut -S Isek + 70 nm,
wobei die spektrale Halbwertbreite der
Sekundärstrahlung (S) durch das Filterelement (5) um mindestens 5 nm und um höchstens 40 nm verringert ist, und
wobei das Filterelement (5) genau eine Filterstufe aufweist, deren spektrale Breite, gemessen von 10 % bis 90 % der Höhe der Filterstufe, zwischen einschließlich 50 nm und 160 nm liegt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem Abschneidewellenlänge (Lcut) des Filterelements (5) temperaturabhängig ist und sich bei einer
Temperaturerhöhung zwischen einschließlich 0,05 nm/K und 0,20 nm/K ändert.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Sekundärstrahlung (S) vor Durchlaufen des
Filterelements (5) im Intensitätsmaximum (Isek) um mindestens einen Faktor 1,5 und um höchstens einen Faktor 2,5 intensiver ist als die Primärstrahlung (P) bei der Intensitätsmaximuswellenlänge (Imax),
- das Bauteil (1) weißes Licht emittiert mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 2500 K und 4500 K, und
- sich durch das Filterelement (5) die CIE-x-Koordinate der Mischstrahlung (M) um mindestens 0,005 und um höchstens 0,05 verringert und die CIE-y-Koordinate der Mischstrahlung (M) , mit einer Toleranz von höchstens 0,02, konstant bleibt. 7. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem
- das Konversionselement (4) eine Leuchtstoffmischung aus (Lu, Ce) 3 (AI, Ga) 50]_2 und (Ca, Sr, Ba, Eu) 2Si5Ng ist,
- das Konversionselement (4) eine Vielzahl von
LeuchtstoffPartikeln aufweist, die in ein
Matrixmaterial eingebettet sind, das ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, und
- das Filterelement (5) ein Glasfilter ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filterelement (5) eine mittlere
geometrische Dicke von höchstens 0,3 mm aufweist, wobei ein mittlerer Brechungsindex des Filterelements (5) bei einer Wellenlänge von 550 nm und bei einer Temperatur von 300 K höchstens 1,62 beträgt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Filterelement (5) hinsichtlich der
räumlichen Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung
(M) optisch passiv ist, sodass durch das Filterelement
(5) keine Veränderung der räumlichen
Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung (M) erfolgt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Filtermittel (5) eine über die Lichtquelle (3) hinweg variierende optische Dichte aufweist, sodass in einer Mitte der Lichtquelle (3) das Filtermittel (5) eine größere optische Dichte aufweist als an einem Rand der Lichtquelle (3) .
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein Zwischenraum zwischen der Lichtquelle (3) und dem Filterelement (5) vollständig mit mindestens einem Feststoff ausgefüllt ist, sodass sich zwischen der Lichtquelle (3) und dem Filterelement (5) kein Spalt befindet,
wobei ein mittlerer Abstand zwischen der Lichtquelle (3) und dem Filterelement (5) höchstens 0,2 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten in der angegebenen
Reihenfolge :
A) Bereitstellen der Lichtquelle (3) ,
B) Aufbringen des Konversionselements (4) auf die
Lichtquelle (3) ,
C) Ermitteln des Farborts der Mischstrahlung (M) , und
D) Aufbringen des Filterelements (5) auf die
Konversionsschicht (5) .
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit dem ein Bauteil (1) mit zumindest den Merkmalen des Anspruchs 2 hergestellt wird,
wobei das Verfahren hinsichtlich der Lichtquellen (3) im Waferverbund durchgeführt wird, und
wobei auf unterschiedliche Lichtquellen (3)
Filterelemente (5) mit gleicher
Materialzusammensetzung, aber unterschiedlichen
geometrischen Dicken aufgebracht werden.
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